一种矿用救援WSN节点抗灾变性能试验方法及测试系统技术方案

本发明专利技术公开了一种矿用救援WSN节点抗灾变性能试验方法及测试系统，该试验方法的试验台主要包括冲击模拟装置、高速气流模拟装置以及高温环境模拟装置。冲击模拟装置通过摆锤的冲击力模拟无线传感器网络节点在瓦斯爆炸中所受到的冲击力，竖直传送装置通过自动控制完成节点的自动布置；高速气流模拟装置则通过风机调速以及转向装置的调节模拟无线传感器网络节点在灾变情况下受到的高速气流作用；高温模拟装置可实现节点在灾变后高温环境中与其他节点的碰撞。本试验方法相比于使用瓦斯来模拟灾变环境更为安全可控；能够极大程度模拟煤矿巷道瓦斯爆炸环境情况，了解节点的抗灾变性能；可根据所模拟灾变条件不同，改变一个或同时改变多个试验参数。时改变多个试验参数。时改变多个试验参数。

【技术实现步骤摘要】
一种矿用救援WSN节点抗灾变性能试验方法及测试系统


[0001]本申请涉及煤矿安全监测领域，特别是一种矿用救援WSN节点抗灾变性能试验方法及测试系统。

技术介绍

[0002]煤矿井下瓦斯爆炸事故具有突发性，且成因复杂，难以得知灾后情况。由于灾变后井下的供电系统基本瘫痪，且灾害可能破坏通信线路和关键路由设备，有线的矿井应急救援系统在灾害发生后难以正常工作。而无线传感器网络具有电池供电、自组织、可冗余配置、低功耗等特点，能够在复杂环境中工作，具有构建应急救援信息支持系统的潜力。
[0003]矿井下瓦斯爆炸会使无线传感器网络节点受到因爆炸产生的巨大冲击力、气流作用和高温作用，致使传感器节点受到一定程度上的损害。为减小传感器节点在灾变后损坏概率，完善井下应急救援无线传感器节点的结构设计，因此，了解灾变对节点性能的影响尤为重要。
[0004]由于上述原因，需要设计一种矿用救援WSN节点抗灾变性能试验方法及测试系统，模拟无线传感器网络节点在灾变中受到的作用，希望为节点抗灾变性能测试提供实验工具。

技术实现思路

[0005]本专利技术要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，本专利技术采用的技术方案是：一种矿用救援WSN节点抗灾变性能测试系统，包括冲击模拟装置、高速气流模拟装置和高温环境模拟装置；所述冲击模拟装置包括竖直传送装置、摆锤组件及支架，所述竖直传送装置设于所述支架，用于传送测试节点，所述摆锤组件设有所述支架，通过摆动冲击所述测试节点；所述高速气流模拟装置设于所述冲击模拟装置的一侧，用于产生气流作用于所述测试节点；所述高温环境模拟装置设于所述冲击模拟装置的另一侧，用于接收被冲击模拟装置及高速气流模拟装置作用下的测试节点，并对所述测试节点提供高温环境。
[0006]进一步的，所述摆锤组件包括摆锤、摆锤轴与轴承，所述摆锤通过摆锤轴与轴承安装于支架，所述摆锤轴连接电机以通过电机驱动摆锤转动。
[0007]进一步的，所述竖直传送装置包括两个导轨、丝杠、升降台及固定传送机构；两个所述导轨对称固定安装在支架；所述升降台可滑动地设于两个导轨，所述升降台连接丝杠螺母，与丝杠进行螺纹配合，进行上升或下降运动；所述丝杠安装于支架并连接电机。
[0008]进一步的，所述升降台包括升降台背板、升降台滚柱架、滚柱、传送带、带轮；所述升降台背板，安装有两个爬升轮以可滑动的连接方式连接于两个导轨，所述升降台背板包括相连接的竖直部分及水平部分，所述竖直部分两端连接两升降台滚柱架，水平部分放置
驱动电机；两个滚柱分别可转动地穿设于两个所述升降台滚柱架；所述两滚柱间套有传送带，滚柱转动带动传送带运动，实现测试节点的运输；所述带轮的小轮连接一滚柱，大轮连接驱动电机，大轮与小轮间传动连接为滚柱转动提供动力。
[0009]进一步的，所述高速气流模拟装置包括风机，送风管道和转向装置；所述送风管道包括变径管道、弯折管道及直管道，所述变径管道大端连接风机出风口，变径管道小端通过弯折管道连接直管道；所述直管道末端设置转向装置；所述转向装置包括上部转块、竖直转向电机、水平转向电机、中部支架及底座；所述水平转向电机设于所述底座并连接所述中部支架以驱动所述中部支架进行水平方向的转动；所述竖直转向电机设于所述中部支架，所述上部转块可转动地设于所述中部支架，所述竖直转向电机连接所述上部转块以驱动所述上部转块进行竖直方向的转动，所述上部转块通过转动改变直管道的送风方向，从而模拟在不同实验条件下爆炸对测试节点产生的不同方向的气流作用。
[0010]进一步的，所述高温环境模拟装置包括管道、支架、升放装置和夹取装置；所述管道由多节单管道连接而成，所述管道一端连接高速气流模拟装置直管道，所述管道中间设有开口并设置升放装置及夹取装置；所述升放装置用于升降以将碰撞节点移送于所述管道内；所述夹取装置用于夹取所述升放装置输送的碰撞节点并将其释放以与测试节点进行碰撞。
[0011]进一步的，所述管道包括首节管道、中间管道和后部管道；所述首节一端上部设有一半圆形孔，下部设有一圆形孔，分别用于测试节点进入和高速气流进入，所述首节另一端连接中间管道；所述中间管道开有上下通孔，用于升放装置输送碰撞节点及夹取装置夹取碰撞节点，所述中间管道另一端连接后部管道；所述后部管道包括加热管道和出风口，所述加热管道围有加热丝和隔热棉，所述出风口为由小至大的变径设计，以达到高速气流及时流出管道的目的。
[0012]进一步的，所述升放装置包括升放台、导向杆和丝杠，所述升放台用于运送碰撞节点，所述升放台底面安装有螺母并与丝杠配合，所述丝杠连接驱动电机；所述升放台底面连接导向杆；所述导向杆为柱形中空管与带塞杆的组合，在升放台运动时起导向作用；所述夹取装置包括丝杠、升降板、底座和机械爪零件；所述升降板可滑动地设于所述底座，所述丝杠由电机驱动转动，所述丝杆与升降板连接的螺母配合以驱动升降板升降，所述机械爪零件包括机械爪中心杆、卡盘、凹形板多个短转动板及多个长转动板；所述卡盘固定于管道，所述机械爪中心杆可滑动地穿设于所述卡盘，所述机械爪中心杆两端分别连接所述升降板及所述凹形板，多个短转动板一端可转动地连接于所述凹形板，每个短转动板另一端可转动地连接于对应一个所述长转动板；所述升降板通过机械爪中心杆带动凹形板升级，并带动多个短转动板进行转动，多个短转动板带动多个长转动板对应转动以加紧或释放碰撞节点。
[0013]一种矿用救援WSN节点抗灾变性能试验方法，包括步骤：S1：确定实验参数包括：所模拟灾变环境下节点所受瞬时冲击力大小、试验节点运送的周期；灾变产生的高速气流的速度、高速气流对节点的作用方向、灾变时其他节点的掉落情况以及灾变后节点所掉落环境的温度；
S2：将若干实验节点置于固定传送机构；按照步骤S1中确定的参数设置摆锤的升角、风机的转速、转向装置的角度、夹取装置释放碰撞节点的时间和加热管道预加热的温度；摆锤通过电机动力上升，当升角达到步骤S1中设定大小时停止上升；转向装置通过竖直方向转向电机动力进行竖直方向角度旋转，通过水平方向转向电机动力进行水平方向角度旋转，当达到步骤S1中设定旋转角度时停止转动；升放装置上升输送碰撞节点，夹取装置夹取升放装置上的碰撞节点，升放装置下降至离开管道内部；S3：竖直传送装置将试验节点运送至指定试验初始位置；S4：风机启动，保持步骤S1中设定确定的转速，产生的高速气流通过管道；加热丝开始对加热管道进行加热，达到步骤S1中设定的灾变后节点所掉落环境的温度后，停止升温、进行保温；S5：摆锤释放，受瞬时冲击力，测试节点由试验位置击出；飞出节点受高速气流的作用，由S1规定时间后，夹取装置释放碰撞节点，由不同实验参数，实验节点或与碰撞节点发生碰撞或未发生碰撞落入高温环境模拟管道内受高温作用；S6：通过试验节点结构上的温度传感器数据，确定试验温度条件是否符合预期；S7：通过观察节点工作状态，得到测试节点的抗灾变性能；S8：各试验部分复位等待下一次试验启动或停止运行。
[0014]有益效果：由于本专利技术设计用于测试无线传感器节点抗灾变性能，所本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种矿用救援WSN节点抗灾变性能测试系统，其特征在于：包括冲击模拟装置、高速气流模拟装置和高温环境模拟装置；所述冲击模拟装置包括竖直传送装置、摆锤组件及支架，所述竖直传送装置设于所述支架，用于传送测试节点，所述摆锤组件设有所述支架，通过摆动冲击所述测试节点；所述高速气流模拟装置设于所述冲击模拟装置的一侧，用于产生气流作用于所述测试节点；所述高温环境模拟装置设于所述冲击模拟装置的另一侧，用于接收被冲击模拟装置及高速气流模拟装置作用下的测试节点，并对所述测试节点提供高温环境。2.根据权利要求1所述的矿用救援WSN节点抗灾变性能测试系统，其特征在于：所述摆锤组件包括摆锤、摆锤轴与轴承，所述摆锤通过摆锤轴与轴承安装于支架，所述摆锤轴连接电机以通过电机驱动摆锤转动。3.根据权利要求1所述的矿用救援WSN节点抗灾变性能测试系统，其特征在于：所述竖直传送装置包括两个导轨、丝杠、升降台及固定传送机构；两个所述导轨对称固定安装在支架；所述升降台可滑动地设于两个导轨，所述升降台连接丝杠螺母，与丝杠进行螺纹配合，进行上升或下降运动；所述丝杠安装于支架并连接电机。4.根据权利要求3所述的矿用救援WSN节点抗灾变性能测试系统，其特征在于：所述升降台包括升降台背板、升降台滚柱架、滚柱、传送带、带轮；所述升降台背板，安装有两个爬升轮以可滑动的连接方式连接于两个导轨，所述升降台背板包括相连接的竖直部分及水平部分，所述竖直部分两端连接两升降台滚柱架，水平部分放置驱动电机；两个滚柱分别可转动地穿设于两个所述升降台滚柱架；所述两滚柱间套有传送带，滚柱转动带动传送带运动，实现测试节点的运输；所述带轮的小轮连接一滚柱，大轮连接驱动电机，大轮与小轮间传动连接为滚柱转动提供动力。5.根据权利要求1所述的矿用救援WSN节点抗灾变性能测试系统，其特征在于：所述高速气流模拟装置包括风机，送风管道和转向装置；所述送风管道包括变径管道、弯折管道及直管道，所述变径管道大端连接风机出风口，变径管道小端通过弯折管道连接直管道；所述直管道末端设置转向装置；所述转向装置包括上部转块、竖直转向电机、水平转向电机、中部支架及底座；所述水平转向电机设于所述底座并连接所述中部支架以驱动所述中部支架进行水平方向的转动；所述竖直转向电机设于所述中部支架，所述上部转块可转动地设于所述中部支架，所述竖直转向电机连接所述上部转块以驱动所述上部转块进行竖直方向的转动，所述上部转块通过转动改变直管道的送风方向，从而模拟在不同实验条件下爆炸对测试节点产生的不同方向的气流作用。6.根据权利要求1所述的矿用救援WSN节点抗灾变性能测试系统，其特征在于：所述高温环境模拟装置包括管道、支架、升放装置和夹取装置；所述管道由多节单管道连接而成，所述管道一端连接高速气流模拟装置直管道，所述管道中间设有开口并设置升放装置及夹取装置；所述升放装置用于升降以将碰撞节点移送于所述管道内；所述夹取装置用于夹取所述升放装置输送的碰撞节点并将其释放以与测试节点进行碰撞。
7.根据权利要求6所述的矿用救援WSN节点抗灾变性能测试系统，其特征在于所述管...

【专利技术属性】
技术研发人员：毕婉莹，周公博，韩链锋，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：